数字电路与逻辑设计6中规模常用时序逻辑电路3个芯片的介绍【精选】44页PPT

减小功耗
优化电路结构，降低电路的 功耗，减少能源浪费。
提高可靠性
通过优化设计，提高电路的 可靠性和稳定性，降低故障 发生的概率。
提高性能
优化电路结构，提高电路的 响应速度和性能，满足设计 要求。
05 时序逻辑电路的实现技术
基于中小规模集成电路的时序逻辑电路实现技术
概述
中小规模集成电路是将多个晶体管集成在一块芯片上，实现时序逻辑功能。
冒险现象
由于竞争现象的存在，时序逻辑电路 的输出可能会产生短暂的不确定状态， 这种现象称为冒险现象。
04 时序逻辑电路的设计方法
同步时序逻辑电路的设计方法
建立原始状态图
根据设计要求，确定系统的输入和输出变量，并使用状 态图表示系统的状态转换关系。
逻辑方程组
根据状态图和状态编码，列出逻辑方程组，包括状态转 移方程、输出方程和时钟方程。
分类
根据触发器的不同，时序逻辑电 路可分为同步时序电路和异步时 序电路；根据电路结构，可分为 摩尔型和米立型。
时序逻辑电路的功能与特点
功能
实现数据的存储、记忆、计数、分频 等功能。
特点
具有记忆功能、输出状态不仅与当前 输入有关还与之前状态有关、具有时 钟信号控制等。
时序逻辑电路的应用场景
01
02
数字电子技术基础第五章时序逻辑 电路ppt课件
目 录
• 时序逻辑电路概述 • 时序逻辑电路的基本电路的实现技术 • 时序逻辑电路的应用实例
01 时序逻辑电路概述
时序逻辑电路的定义与分类
定义
时序逻辑电路是一种具有记忆功 能的电路，其输出不仅取决于当 前的输入，还与之前的输入状态 有关。
03
数字钟
利用时序逻辑电路实现时 间的计数和显示。

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（2）顺序负脉冲
第24页/共114页
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25
5.2 二进制计数器
5.2.1 异步二进制计数器 5.2.2 同步二进制计数器
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5.2 二进制计数器
计数器：用以统计输入时钟脉冲CP个数的电路。 计数器的分类：
1．按计数进制分 二进制计数器：按二进制数运算规律进行计数的 电路称作二进制计数器。 十进制计数器：按十进制数运算规律进行计数的 电路称作十进制计数器。 任意进制计数器：二进制计数器和十进制计数器 之外的其它进制计数器统称为任意进制计数器。
出 Q1 Q2
Q3
0
1
0000
1
1
1000
2
0
1100
3
1
0110
4
0
1011
5
0
0101
6
0
0010
7
0
0001
8
0
0000
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④ 时序图
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并行图5输-5出 4位右移位寄存器时序图
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串行输出
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（2）左移位寄存器
串行 输入
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图5-4 4位右移位寄存器
第12页/共114页
同步时序 逻辑电路
13
② 工作过程
指③逐位状将依态数次表码输11入01）右。移串行输入给寄存器（串行输入是
在接收数表码5-前2 ，4从位右输移入位端寄输存入器状一态个表负脉冲把各触
发器置为0状态（称为清零）。

优化触发器设计
采用低功耗、高速的触发器设计，减少资源占用。
提高工作速度的优化方法
并行处理
通过并行处理技术，提高电路的工作 速度。
时钟分频与倍频
根据电路的工作频率需求，合理选择 时钟的分频与倍频方案，以优化工作 速度。
THANKS
感谢观看
REPORTING
PART 03
时序逻辑电路的设计
REPORTING
同步设计法
01
同步设计法定义
同步设计法是一种基于时钟信号 的设计方法，用于构建时序逻辑
电路。
03
优点
同步设计法具有较高的可靠性和 稳定性，能够实现复杂的逻辑功
能。
02
工作原理
在同步设计法中，所有操作都严 格在时钟信号的驱动下进行，保 证了电路的稳定性和可靠性。
《时序逻辑电路分析 》PPT课件
REPORTING
• 时序逻辑电路概述 • 时序逻辑电路的分析方法 • 时序逻辑电路的设计 • 时序逻辑电路的应用 • 时序逻辑电路的优化设计
目录
PART 01
时序逻辑电
时序逻辑电路的定义、特点
时序逻辑电路的特点包括
具有记忆功能、具有时钟信号控制、具有输入信号和输出信号等。
时序逻辑电路的基本组成
时序逻辑电路由触发器、组合逻 辑电路和时钟信号源三部分组成 。
组合逻辑电路用于实现输入信号 到输出信号的逻辑变换，主要由 门电路组成。
总结词：时序逻辑电路的基本组 成
触发器是时序逻辑电路中的核心 元件，用于存储状态信息，常见 的触发器有RS触发器、D触发器 、JK触发器和T触发器等。
04
异步时序逻辑电路是指触发器的时钟输入端接在不同的时钟源上，时 钟信号独立作用于各个触发器，实现状态异步转换。

5.2.1 寄存器 一. 寄存器 1. 寄存器的定义 — 能够暂存数据的部件。
寄存器的功能 — 接收、存放、传送数据。 寄存器的组成 — 触发器及门电路。 说明：对寄存器中的触发器只要求它具有置1、
置0的功能即可，因而无论用何种类型的 触发器都可组成触发器。
2. 寄存器的种类 1）并行输入寄存器
输入数据可同时送入寄存器内。
3）功能 这是一种功能较齐全的移位
寄存器，具有清零、左移、右移、 并行加载、保持五种功能。
保— 持 Q0n1Q1n1Q2n1Q3n1Q0nQ1nQ2nQ3n
并行— 加 Q0n载 1Q1n1Q2n1Q3n1D0D1D2D3
4）用74194实现左移、右移及
并行加载。
右移串出
数据
Q0 DIR
DIL
Q1 Q2 Q3S1 74LS194 S0
1/0 0/0
并每当转换为10状态（最大数）时，输出Z=1。
10
图5.2.5 例5.2.1完整的状态图
当X=1时，按照减1规律从10→01→00→10循环变化， 并每当转换为00状态（最小数）时，输出Z=1。
所以该电路是一个可控的3进制计数器。
三、异步时序逻辑电路的分析举例
例5.2.2：试分析图5.2.7所示的时序逻辑电路
1K& R
FF2
Q 1J& C1 1K& R
Q1
FF1 Q 1J
C1 1K R
Q0
1 FF0
Q 1J C1 1K R
分析状态图可见：
CP计数脉冲 CR 清零脉冲
FF0：每来一个CP，向相反的状态翻转一次。所以选J0=K0=1。
FF1 ： 当 Q0=1 时 ， 来 一 个 CP ， 向 相 反 的 状 态 翻 转 一 次 。 所 以 选

时序逻辑电路可以分为同步时序 逻辑电路和异步时序逻辑电路， 其中同步时序逻辑电路是最常用 的类型。
工作原理
状态表示
时序逻辑电路中的状态通常由存储元件（如触发器）来存储，根据 输入信号的变化，电路的状态会随之改变。
状态转移
时序逻辑电路中的状态转移是由输入信号和当前状态共同决定的， 根据一定的逻辑关系，电路会从一个状态转移到另一个状态。
。
02
可编程逻辑控制器（PLC）
在工业控制系统中，时序逻辑电路用于实现可编程逻辑控制器，用于自
动化控制和数据处理。
03
传感器接口
时序逻辑电路用于实现传感器接口电路，将传感器的模拟信号转换为数
字信号，并传输给微控制器或可编程逻辑控制器进行处理。
04
CATALOGUE
时序逻辑电路的优化
优化设计
设计
使用基本的逻辑门电路， 根据需求逐一设计电路。
自动化工具设计
使用EDA（电子设计自动 化）工具进行设计，提高 设计效率。
混合设计
结合手工设计和自动化工 具设计，根据具体情况选 择合适的设计方法。
设计工具
硬件描述语言
使用Verilog或VHDL等硬件描述语言进行设计。
EDA工具
时序逻辑电路
目录
• 时序逻辑电路简介 • 时序逻辑电路设计 • 时序逻辑电路的应用 • 时序逻辑电路的优化 • 时序逻辑电路的发展趋势
01
CATALOGUE
时序逻辑电路简介
定义与分类
定义
时序逻辑电路是一种具有记忆功 能的电路，它能够根据输入信号 的变化，按照一定的逻辑关系， 输出相应的信号。
分类
输出信号
时序逻辑电路的输出信号是根据当前状态和输入信号来确定的，它会 随着状态的变化而变化。

Y F (Q)
仅取决于电路状态
6.2.时序逻辑电路的分析方法
6.2.1 同步时序逻辑电路的分析方法
时序逻辑电路的分析：就是给定时序电路，找出该电 路的逻辑功能，即找出在输入和CLK作用下，电路的次 态和输出。由于同步时序逻辑电路是在同一时钟作用 下，故分析比较简单些，只要写出电路的驱动方程、 输出方程和状态方程，根据状态方程得到电路的状态 表或状态转换图，就可以得出电路的逻辑功能。
图6.1.2
6.1 概述
三、时序逻辑电路的分类：
根据触发器动作特点可分为同步时序逻辑电路和 异步时序逻辑电路。在同步时序逻辑电路中，存储电 路中所有触发器的时钟使用统一的CLK,状态变化发生 在同一时刻，即触发器在时钟脉冲的作用下同时翻转; 而在异步时序逻辑电路中，触发器的翻转不是同时的 没有统一的CLK,触发器状态的变化有先有后。
C Q0Q3
01000000 01011010 01100100 01111110
clk3 Q0
此电路为异步十进 制计数器
10000000 10011011 0 00 00 0 0 0
6.2.时序逻辑电路的分析方法
(6)状态转换图
/0 1110 1111
Q3Q2Q1Q0
/C/1/0Fra bibliotek/0/0
0000 0001 0010 0011
6.1 概述
图6.1.1
可以用三个方程组来描述
y1 f1(x1, x2 ,, xi , q1, q2 ,, ql )
①
输出方程 Y F ( X ,Q)
y
j
f1(x1, x2 ,, xi , q1, q2 ,, ql )
6.1 概述
图6.1.1

《数字电子技术》精品课程——第6章
FF0
FF1
1J
Q0 1J
Q1
时序逻辑电路的分析与设计
&Z
FF2
1J
Q2
C1
C1
C1
1K
1K
1K
Q0
Q1
Q2
CP
➢驱动方程：
《数字电子技术》精品课程——第6章 时序逻辑电路的分析与设计
② 求状态方程
JK触发器的特性方程：
Qn1 JQ n KQn
将各触发器的驱动方程代入，即得电路的状态方程：
简化状态图（表）中各个状态。 （4）选择触发器的类型。
（5）根据编码状态表以及所采用的触发器的逻辑功能，导出待设计 电路的输出方程和驱动方程。
（6）根据输出方程和驱动方程画出逻辑图。
返回 （7）检查电路能否自启动。
《数字电子技术》精品课程——第6章 时序逻辑电路的分析与设计
2．同步计数器的设计举例
驱动方程： T1 = X T2 = XQ1n
输出方程: Z= XQ2nQ1n
（米利型）
2.写状态方程
T触发器的特性 方程为：
Qn1 TQn TQn
Q 1nQ1QX21nn TX1QQ1n1nXTQX11nQ1n X Q1n
Q1n
Qn1 2
T2 Q2n
T2Qn2
T Q n 将T1、 T2代入则得X到Q两1n Q2n XQ1nQn2
0T1 = X0 0 0 0 0 0
0
求T1、T2、Z
0T2
0
=ZX=01QX1nQ10 2nQ010n
0 0
0 1
1 0
0 0
由状态方程
求Q2n+1 、 Q1n+1

CP0 CP0 CP1 CP3 Q0 CP2 Q1
写驱动方程： J 0 K 0 1
J1 J2
Q3 K2
1
K1
1
J 3 Q1Q2
K3 1
写状态方程：
Q0n1 QQ1n2n11
n
Q0
Q3
n
Q2
n
Q1
（CP0 下降沿动作） （Q0 下降沿动作） （Q1下降沿动作）
Q3n 1
Q1Q2
画时序图： 该电路能够自启动。
5.1.2 异步时序逻辑电路的分析方法
异步时序电路的分析步骤：
① 写时钟方程； ② 写驱动方程； ③ 写状态方程； ④ 写输出方程。
[例5-2]试分析图示时序逻辑电路的逻辑功能，列出状态转换 表，并画出状态转换图。
解：图5-7所示电路为1个异步摩尔型时序逻辑电路。 写时钟方程：
Q3n（Q0
下降沿动作）
列状态转换表：
画状态转换图：
5.2 若干常用的时序逻辑电路 5.2.1寄存器
1. 基本寄存器
图5-2 双2位寄存器74LS75的逻辑图
图5-2所示为双2位寄存器74LS75的逻辑图。当 CPA = 1时，
送到数据输入端的数据被存入寄存器，当CPA =0时，存入
寄存器的数据将保持不变。
2n-1 M 2n
然后给电路的每一种状态分配与之对应的触发器状态组合。
4）确定触发器的类型，并求出电路的状态方程、驱动方程 和输出方程。 确定触发器类型后，可根据实际的状态转换图求出电路的状 态方程和输出方程，进而求出电路的驱动方程。
5）根据得到的驱动方程和输出方程，画出相应的逻辑图。
6) 判断所设计的电路能否自启动。
1.同步计数器 1)同步二进制计数器

Q JQ C KQ
CP
J K AQn AQn ，A与Qn是异或关系
A与Qn相同时， J K 0 Qn1 Qn 具有保持原状态功能
A与Qn不同时，J K 1 Qn1 Qn 具有计数功能
时序逻辑电路
特点:
在数字电路中,凡就是任一时刻得稳定输出不仅决定 于该时刻得输入,而且还与电路原来得状态有关者,都 叫做时序逻辑电路,简称时序电路。
3、动作特点: 在CP=1得全部时间里,输入信号 得变化都对主触发器起控 制作用,所以当CP下降沿到达时从触发器得状态不仅仅由 此时刻输入信号得状态决定,还必须考虑整个CP=1期间输 入信号得变化过程。
三、 主从RS、JK触发器
主从RS触发器 的图形符号
S
1S
Q
CP C1
R
1R
Q
主从JK触发器 的图形符号
4. 根据状态转换情况总结电路功能。
例:时序电路见下图, FF1～FF3为主从JK触发器、下降沿动作。 分析其逻辑功能。输入端悬空时等同逻辑1。
1J
Q1
C1
1K
Q1 &
FF1
1J
Q2
C1
1K
Q2
FF2
& 1J Q3 &
1
Y
C1
1K
Q3
FF3 CP
J1 Q2 • Q3
K1 1
1、驱动方程 J2 Q1
RD
0–t1： RD=0、 SD=1
Q=1、Q=0
SD t1 t2 t3 t4 t5 t
t1–t2： RD= SD=0
保持Q=1、Q=0
t2 –t3： RD=1、 SD=0
Q
t
Q=0、Q=1

R0(1)
R0(2)
CTR
S9(1) S9(2)
74290
C0
C1 Q3 Q2 Q1 Q0
Q3 Q2 Q1 Q0
个位
Q3 Q2 Q1 Q0
十位
模100计数器
6.1.2 同步计数器
1. 同步二进制计数器
(1) 电路组成和逻辑功能分析
*同步二进制加法计数器设计思想
• 根据计数器的功能要求，n位二进制计数器用n 个存储单元电路组成，存储单元的形状表示二 进制数，存储单元由触发器实现；
频率分别为
1 2
f、14
f、18
f、116
f
。常称这种计数器为分频器。
2. 异步十进制计数器 (1) 电路组成和逻辑功能分析 由下降边沿触发的T'触发器构成的异步十进制加法计数器:
1
CLK
F0
Q0
1J Q
C1
1K Q
R
F1
Q1
1J Q
C1
1K Q
R
F2 Q2
1J Q C1
1K Q
R
F3
Q3
1J Q
CLK
Q0
01 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 10
Q1
00 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 10
Q2
00 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 10
Q3
00
0000
0011
1111
1 10
如将电路改为：
1 CLK
RD
FF0
1J
Q0
C1
1K R
FF1
1J
Q1
C1